【パンタグラフ無しで走る新幹線】世界も驚く!!日本最速の新幹線に導入した技術が凄い!
Summary
TLDRこのビデオでは、JR東日本のE955型電車など、近年の鉄道車両の進化について説明しています。特に、線路からの給電を必要とせずに動作するバッテリー駆動の技術が紹介されています。これにより、設備コストの削減やメンテナンスの簡易化が可能となり、災害時の短距離移動にも対応できるようになっています。また、新幹線にもこの技術が採用され、高速での運行が可能となっている点も強調されています。
Takeaways
- 🚋 電車の発展:近年の電車は、下線から給電せずにバッテリーから電力を供給し、装甲が可能な方式が増えています。
- 🚄 JR東日本のE955型電車:シリーズ方式のハイブリッド起動車の実現に向けて開発され、回生ブレーキの使用を可能にしました。
- 🔋 リチウムイオン電池:EVE1K電車で使用され、シリーズハイブリッド方式の開発と燃料電池の研究に貢献しています。
- 🛤️ EVE3001系の特徴:河川がなくても蓄電池からの電力で装甲が可能で、メンテナンスコストが低減されます。
- 🚉 烏山線のEVE361系:データに基づく蓄電蓄道電車の発展を検証し、EVE801系が開発されました。
- 🔌 EVE801系の特性:大型バッテリー搭載でマイナス20度でも10連放電が可能で、奥羽本線男鹿線で走行可能です。
- 🚅 N700S系新幹線:東海道新幹線の最新型車両で、世界初のバッテリー自走システムを搭載し、独自の技術を導入しています。
- 🛠️ 車体構造の進化:N700S系はアルミニウム合金のダブルスキン構造で、空力特性向上と客室空間拡大を図っています。
- 🔥 SIC阻止:N700S系で採用され、高耐熱性と効率により、冷却ファンを省き小型軽量化を実現しました。
- 🔌 酸素誘導電動機:N700S系に搭載され、6極を採用し、従来より小型軽量化を実現し、高効率な運転が可能に。
- 🚨 災害時の対応:N700S系は大容量のリチウムイオンバッテリーを搭載し、災害時の停電対応や避難時の移動が可能で、速度も時速30キロで地層可能距離は8キロに制限されています。
Q & A
JR東日本のE955型電車がシリーズ方式のハイブリッド起動車として開発された年は何ですか?
-JR東日本のE955型電車は2003年に開発されました。
EVE1K電車が導入されたのは哪一年ですか?また、どのような目的で導入されましたか?
-EVE1K電車は2014年3月より導入され、老朽化した宇都宮線の40系の置き換えを目的とされました。
EVE3001系電車の最大の特徴は何ですか?
-EVE3001系電車の最大の特徴は、架線がなくても蓄電池からの電力で装甲が可能なことです。
河川からではなくバッテリーから給電する方式を開発するメリットは何ですか?
-河川からではなくバッテリーから給電する方式を採用することで、変電所の設置やメンテナンスコストが不要になり、コストを大幅に低減できるというメリットがあります。
EVE801系電車はどのような特徴を持っていますか?
-EVE801系電車の特徴は、JR九州のBEC819系をベースに開発され、大型バッテリーが搭載されており、マイナス20度でも10連放電が可能であることです。
N700S系電車が導入された理由は何ですか?
-N700S系電车は、導入から10年以上経過していた初期車両の老朽化が進行していたこと、および东海道新幹線の車両更新頻度が他の新幹線路線よりも短いため、より高度な技術を搭載した新型車両に置き換える必要があると判断され、導入されました。
N700S系電車が世界で初めて搭載したシステムは何ですか?
-N700S系電車は、世界で初めてバッテリー自走システムを搭載しています。
N700S系電車の車体断面はどのように設計されていますか?
-N700S系の車体断面は、N700Aに比べて断面の半径を小さくし、四角に近い形状にすることで、空力特性の向上と客室空間の拡大を図っています。
N700S系電車が採用しているSICとは何ですか?
-SICとはシリコンカーバイドと呼ばれる半導体素子で、耐熱性と効率が高く、IGBT素子と比較して発熱を大きく低減できる特徴を持っています。
N700S系電車のリチウムイオンバッテリーの特性は何ですか?
-N700S系に搭載されたリチウムイオンバッテリーは、一般的なものとは異なり、耐久サイクル数を2万回以上に向上し、容量密度を従来比3倍に向上させ、6分間の充電で80%以上を充電できる急速充電性能を備えています。
N700S系電車の最大の特徴として挙げられるのは?
-N700S系電車の最大の特徴は、1編成あたりの出力で日本最強を誇ることと、走行性能も世界トップレベルであることです。
Outlines
🚋 JR東日本のE955型電車とシリーズハイブリッド方式の導入
JR東日本のE955型電車は、シリーズ方式のハイブリッド起動車として2003年に開発されました。これは、従来のディーゼルエンジンを介した液体式や電気式の動力伝達方式とは異なり、大型バッテリーをエンジンとモーターの間に加えることで、回生ブレーキを利用しエネルギーロスを減らすシリーズハイブリッド方式を導入しました。また、2014年に製造されたEVE1K電車は、JRグループ初の蓄電池搭載車両として、老朽化した烏山線の40系を置き換える目的で導入されました。蓄電池からの電力で装甲が可能であり、変電所の設置やメンテナンスコストを削減する利点があります。ただし、電池の充電切れによる走行不可能というデメリットもあります。
🚄 N700S系新幹線の開発と特徴
N700S系新幹線は、2018年に開発され、JR東海が独自で開発した新幹線車両です。これは、世界初のバッテリー自走システムを搭載し、大型バッテリーを導入しています。車両のデザインはN700系から進化し、エアロWウィング型からデュアルスプリームイング型に変更され、空気の乱れを抑えることで乗り心地を向上しました。車体はアルミニウム合金製で、断面を小さく四角にすることで空力特性の向上と客室空間の拡大を図っています。また、SICを使用した3VFインバータ制御を採用し、小型軽量化を実現しました。N700S系には、6極の酸素誘導電動機が搭載されており、周波数での制御が可能で小型軽量化を実現しています。サスペンションはフルアクティブサスペンションを採用し、消費電力を削減しています。さらに、大容量のリチウムイオンバッテリーを搭載し、災害時の停電対応や短距離移動に使えます。
🔋 鉄道車両への大型バッテリー搭載の進化とN700S系の性能
近年の鉄道車両は、大型バッテリーを搭載することによって、下線などの設備コストを削減し、災害時の短距離移動にも使われています。N700S系は、1編成あたりの出力で日本最強を誇り、最高速度は時速300キロで、加速力も優秀です。2019年に実施された高速度試験では、時速362キロを記録し、営業用車両での試験で日本最速記録を更新しました。JR東海は2022年3月までに25編成を導入し、さらに4編成を追加する予定です。また、2022年9月23日に開業した西九州新幹線でもN700S系が導入されています。
Mindmap
Keywords
💡電車
💡シリーズハイブリッド方式
💡リチウムイオン電池
💡N700S系
💡SIC(シリコンカーバイド)
💡フルアクティブサスペンション
💡SCiB(スーパーコンパクトイニシエーションバッテリー)
💡バッテリー自走システム
💡エアロダイナミクス
💡アルミニウム合金
💡永続性
Highlights
電車の屋上に付いているパンタグラフから電力を供給し、モーターを動かす伝統的な方式
JR東日本のE955型電車がシリーズ方式のハイブリッド起動車の実現に向けて開発された
日本の鉄道用機動車の従来の方式はディーゼルエンジンを液体トランスミッションを介して車輪に伝達
ブレーキをかけた際の物理的なブレーキが基本であり、エネルギーロスが大きかった
戦術の電気式機動車をもとに、大型バッテリーを加えることで回生ブレーキの使用が可能に
EVE1K電車はJRグループ初の蓄電池搭載車両として開発され、老朽化した烏山線の40系を置き換える目的で導入
EVE3001系の最大の特徴は、河川がなくても蓄電池からの電力で装甲が可能
バッテリーから給電する方式は変電所の設置やメンテナンスコストを削減できる
バッテリー方式の場合、電池の充電切れで走行不可能になるリスクがある
EVE801系はJR九州のbec819系をベースに開発され、大型バッテリー搭載でマイナス20度でも10連放電が可能
東海道新幹線のN700S系は世界初のバッテリー自走システムを搭載し、独自の技術を導入
N700S系の車両デザインはN700系のエアロWウィング型を進化させ、デュアルスプリームイング型を開発
N700S系はアルミニウム合金のダブルスキン構造を採用し、車体断面を四角に近づけ空力特性を向上
モーターを制御するスイッチング素子にはSICを使用し、耐熱性と効率を向上
N700S系は6極の酸素誘導電動機を採用し、小型軽量化を実現
サスペンションにはフルアクティブサスペンションを採用し、消費電力を削減
N700S系には大容量のリチウムイオンバッテリーを搭載し、下線からの給電なしで地層が可能
N700S系は1編成あたりの出力で日本最強を誇り、最高運転速度は時速300キロ
N700S系は2022年3月までに25編成導入され、さらに4編成を追加する予定
西九州新幹線にはN700S系が導入され、8000万台が不満
Transcripts
電車といえば
車体の屋根にパンタグラフが付いており
下線から電気を宮殿してモーターを動かす
方式をイメージすると思いますしかし
近年では
下線から給電せずに
装甲が可能な電車も存在していますその
先駆けを構築したのが
jr東日本のE955型電車です2003
年の開発当時はシリーズ方式の
ハイブリッド起動車の実現に向けて
気合い991型機動車として開発されまし
たそれまで日本の鉄道用機動車といえば
ディーゼルエンジンの動力を液体識
トランスミッションを介して車輪に伝達
する液体式またはディーゼルエンジンを
発電用として使用しそこで発電した電気を
モーターに送る電気式がありましたしかし
これらの方式では
ブレーキをかけた際
車輪を製品師で押し当てるいわゆる物理的
なブレーキが基本であり
電車のような回生ブレーキを使用できない
ことからエネルギーロスが大きかったの
ですそこで考えられたのが
戦術の電気式機動車をもとに発電機用の
エンジンとモーターの間に大型バッテリー
を加えることにより
モーターを発電させながらブレーキ力を
得るいわゆる回生ブレーキの使用を可能に
した
シリーズハイブリッド方式を鉄道車両に
採用したのです
気合E991型ではバッテリーの中でも
リチウムイオン二次電池が採用されており
シリーズハイブリッド方式の開発
燃料電池の研究に使用されますこれらの
研究開発データデータを基に2014年に
製造されたのが
EVE1K電車です
JRグループ初の蓄電地区同社として開発
され
老朽化した烏山線の40系の置き換えを
目的に2014年3月より導入されてい
ます
EVE3001系の最大の特徴は
河川がなくても
蓄電池からの電力で
装甲が可能なことですそもそも
河川からではなくバッテリーから給電する
方式を開発するメリットとは何でしょうか
下線から給電する方式を採用した場合
下線河川中複数の変電所を設置する必要が
ありまたこれらのメンテナンスコストも
かかりますこれを
架線ではなくバッテリーから給電できる
ようになればこれらの周辺設備は不要で
あり
メンテナンスコストも大幅に低減できるの
ですただしバッテリー方式を採用する場合
は
電気自動車のデメリットと同じく
電池の充電切れを起こした場合
走行が不可能になることから
走行区間が短い選挙に限られるデメリット
が存在します
これらの仕組みはまず
河川からの直流1500V
pcdcコンバータ装置で630vに電圧
を下げて
蓄電池に充電されます
宇都宮
烏山観音を走行する列車は
遠隔間である東北本線の宇都宮宝積時間に
おいては
河川からの電気をそのまま
スリーVFインバータを通してモーターを
制御しますただし
遠隔間であっても
蓄電池の充電率が低い場合には
蓄電池への充電が行われます
対して非電化区間である烏山線内では
パンタグラフを効果させ
蓄電池から供給される電気を3VF
インバータを通してモーターを制御します
また
烏山駅には
地上充電設備による急速充電が可能であり
後退下線を使用することにより
通常の下線よりも大きな電流による充電が
行われています
さらに
烏山線のEVE361系で得られたデータ
やjr九州のbec819系をもとに今後
の蓄電蓄道電車の発展に向けた可能性を
検証していくため2016年に開発された
のがEVE801系です
EVE801系の特徴は
jr九州のbec819系をベースに奥羽
本線男鹿線で走行できるように
体幹対折仕様に開発されていることです
烏山線のEVE1系と同じく大型
バッテリーが搭載されておりマイナス
20度かにおいても10連放電が可能な
ものとなっていますこのように
近年では
鉄道車両に大型バッテリーを搭載すること
により
下線から給電せずに
装甲を可能にしている電車が増加している
のです
そしてその技術はある新幹線にも活用され
ていますそれが
東海道新幹線の最新型車両n700S系
電車です
東海道新幹線では2007年より
n700系新幹線が導入され2013年に
は
700Kを置き換えるべく
改良型のn700Aの導入され
東海道新幹線内は
全車両がN700系列に置き換えられてい
ましたしかし2016年頃になると
導入から10年以上の経過していた初期者
は老朽化が進行していたことから
新型車両に置き換えるべきとも判断が下さ
れたのです
ちなみに
新幹線車両の置き換えペースは各社によっ
て異なりますが15年から20年程度が
一般的です
しかし
東海道新幹線では
他の新幹線路線よりも利用客が多く高頻度
で走行していることから
速達列車である望み号のみならず
各駅停車タイプのこだま号でさえも車両の
スペックをフルに活用しているダイヤで
走行しています
加えて
東海道新幹線は
世界初の高速鉄道路線であり開業も
1964年であることから
近年建設された新幹線路線と比較すると
カーブが多く
車体に大きな負担をかけているのですこれ
らの理由から
東海道新幹線の車両更新頻度は短く設定さ
れておりN700系においても10数年で
新型車両に置き換える対象となったのです
こうして
jr東海は2018年2月n700系の
初期車を置き換えとさらなるサービス向上
を目的として
n700S系量産専攻車を開発します
jr東海とjr西日本の共同開発だった
700KIの700系とは異なり300系
以来となるjr東海単独での開発を実施し
ています
世界最先端の技術を多数搭載していますが
中でも特質すべきなのが
拘束鉄道では
世界初のバッテリー自走システムを搭載し
ており大型バッテリーも
独自の技術を導入しています
戦闘車両のデザインは
N700系で採用しているエアロW
ウィング型を進化させ
左右両サイドにエッジを立てたデュアル
スプリームイング型を開発
N700系では高速走行時に最高部車両の
戦闘部で発生する空気の乱れにより最高部
車両も乗り心地を悪化させていたのです
そこでn700S系では両サイドにエッジ
を立たせることで
空気の乱れを抑制させ最高部車両も
乗り心地を大幅に改善
車体は
N700系と同じくアルミニウム合金製の
ダブルスキン構造を採用していますが
車体断面は
N700Aに比べて
格の半径を小さくして
四角に近い断面積にすることで
空力特性の向上と客室空間の拡大を図って
いますまたアルミ合金の一部には
メーカーと共同で実証したアルミ水平
リサイクルの仕組みを導入し
廃車解体された700系から回収した
アルミ合金を再利用しています
モーターを制御する周辺乾燥地の
スイッチング素子には
SICを使用した3VFインバータ制御を
採用
ちなみに
SICとはシリコンカーガイドと呼ばれ
シリコンと炭素で構成されている
半導体素子です
近年製造される鉄道車両に多く採用されて
いますが
新幹線車両には
N700S系が初採用となりましたところ
で
近年は
syc阻止が採用される理由をご存知
でしょうか
SIC阻止の最大の特徴は
耐熱性と効率にあります
syc阻止が誕生するまで
多く使用されていたIGBT素子は
作動時の効率が悪く
熱を多く発生させていたため高周波道には
限界がありましたしかし
SIC阻止では
作動時の効率を向上させIGBTと比較し
発熱を大きく低減させることに成功して
いるのです
従来車両では
発熱した詩編乾燥地を冷却するファンを
搭載していましたが
n700S系では
SIC阻止を採用することにより
冷却方式を
装甲風による事例式を採用
冷却用のファンを省いたことにより
従来型と比較して大幅な小型軽量化を
果たしていますまた
周辺間装置の小型軽量化により
周辺厚木と周辺間装置を同じ車両に搭載
することで
柔軟な編成組み換えを可能にしています
さらに
n700S系は
モーターも1から見直しされています
N700S系に搭載されているモーターに
は
極数を6曲にした
酸素を誘導電動機を採用し
従来と比べて大幅な小型軽量化を実現して
いますそもそも
酸素を誘導電動機は
固定子の電流によって作られる回転自体に
よって
回転子の巻線に電流が流れその電流が回転
磁界と作用することで
回転子に力が働き
回転します
電動機内には
酸素を交流各所も超える巻線が配置されて
おりこれが2組すなわち合計6個なら2曲
4組
すなわち合計12個なら4極となります
これまでの新感染車両に搭載された
酸素を誘導電動機は4極が基本でしたが
n700S系には6曲が採用されています
極数が増えるとコイルの数が増えるため
電流を増やすことができますそして
電流を増やした分だけ
鉄心の厚みを薄くすることができ小型化が
可能なのですしかしながら曲数を増やした
分だけ回転数が落ちることから4極から6
曲に増やした場合
従来品1.5倍の周波数でスイッチング
する必要があったのですこうした理由から
周辺間装置のスイッチング素子をIGBT
からSICに変更することにより
従来比1.5倍の周波数での制御
6曲の酸素を誘導電動機の制御を可能にし
ているのですサスペンションには
塗り心地工場を図るため
クリーン車と揺れが激しい量戦闘車と
パンタグラフ搭載車に
従来のセミアクティブサスペンションに
代わって
フルアクティブサスペンションを採用これ
は
jr東日本のE5系などで採用されている
全電気アクチュエータ式のフルアクティブ
サスペンションとは異なりN700S系で
は小型モータと油圧ポンプを使用する
タイプとなっており
消費電力を削減していますそして
n700S系には大容量のリチウムイオン
バッテリーを搭載しており
下線からの給電なしで地層が可能です
N700S系に搭載された大型バッテリー
には
東芝製のscibを採用このscibは
世界でも最高峰と呼べるバッテリーであり
一般的なリチウムイオンバッテリーとは
大きく異なります一般的なリチウムイオン
バッテリーは
充電と法でも行えるサイクル数は3000
回から4000回とされていますがこの
scipは
不極に
身をぶち探検参加物と呼ばれる材料を使用
することにより
耐久サイクル数を2万回以上に向上さらに
1立方センチメートルあたりの容量
すなわち容量密度を従来比3倍に向上させ
た上
6分間の充電で80%
以上を充電できる急速充電性能を備えてい
ますただし
下線からの給電が基本となるため
バッテリーからの給電による自走は
あくまでも
災害時の停電対応時のみとなり
速度も時速30キロ
地層可能距離も8キロに制限されています
それでも
災害時には最寄り駅までの移動やトンネル
撤去を避けた場所など
乗客の避難は
容易な場所まで移動できる上
トイレも使用可能にしています
主電動機の連続定格出力は1機あたり
35kwであり
電動車1両あたり4機搭載16両編成中
戦闘車両を除いたすべての中間車が電動車
であるため
編成出力は12080KWであり
馬力に換算して2万2904
馬力にも及びます
ちなみにですが2022年現在で営業に
入る鉄道車両の中では
N700S系は1編成あたりの出力で
日本最強を誇ります
走行性能も世界トップレベルであり
起動加速度は通勤電車並みの2.6km
前島を確保しながらも最高運転速度は時速
300キロこれだけ
加速力もトップスピードも高い電車は世界
的に見ても珍しく
モーターのトルク許容回転数ともに優秀で
あることがわかりますまた2018年2月
に製造されたN700S系の確認試験者K
0編成は2019年6月6日に高速度試験
を実施行動陣も載せたn700SKJ0
編成は
前原京都間において最高速度時速362
キロを記録
この記録は2003年に実施されたE2
KJ56編成による高速度試験記録時速
362キロと同じであり
営業用車両を使用した試験の中では日本
最速記録となったのです
jr東海では2022年3月の段階で25
編成を導入していますが2022年度まで
にさらに4編成を追加する予定ですまた
2022年9月23日に開業した
西九州新幹線には4編成すべてがN700
S系であり
8000万台が不満されていますこのよう
に
近年製造されている鉄道車両は大型
バッテリーを搭載することによって
下線などの設備コスト削減
災害時の短距離移動に使われており今後も
バッテリー技術の進歩によって
搭載されていく車両は増えていくこと
でしょう
[音楽]
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